相悖特性合而為一,德科學家開發能同時隔熱與導熱的新材料

科技新報 更新於 01月25日17:15 • 發布於 01月25日17:23

我們通常利用極輕多孔材料充當絕緣體、利用金屬充當散熱材料,但是否有材料可以兼具兩種完全相悖的特性?德國科學家現在開發出一種新透明材料層,既能散熱也能聚熱,堪稱一層多用。

材料因化學組成、內部結構的不同而能發揮不同特性,日常生活中也處處可見隔熱與散熱應用,比如我們利用發泡聚苯乙烯(俗稱保麗龍)當作防凍保溫材料避免食物在室溫下迅速腐壞,用金屬鋁當作散熱材料迅速帶走多餘熱量(如電腦 CPU 上的散熱器)。

現在,德國拜羅伊特大學與德國馬克思普朗克聚合物研究所(MPI-P)科學家合作,共同開發出一種新穎透明材料,拜羅伊特大學教授 Markus Retsch 表示,新材料原則上屬於雙層玻璃,但實際上是由數百層極薄玻璃板交疊而成,薄板之間又透過聚合物鏈相連,可以兼顧隔熱與導熱 2 種特性。

從微觀角度來看,材料中單個分子振盪產生熱、然後傳遞給相鄰分子,單一層內熱量可以順利傳導,相反地,多層材料可以減少熱量傳遞,總體來說,平面材料層的傳熱能力比垂直材料層高 40 倍。

但要結合高效導熱的平面層與高效隔熱的垂直層、同時還要讓材料維持透明,就是一大挑戰了,研究團隊首先以高精度技術生產平面玻璃板,每層僅 1 奈米高,只要稍有不均勻就會破壞透明程度,就像光滑鏡面上出現一條不完美的劃痕一樣;接著研究團隊再透過聚合物鏈連接每一層薄板,使新材料的隔熱性能比目前商業化的泡沫塑料還要高 6 倍。

簡單說,這種新材料在某個方向可以達到隔熱效果,然後在另一方向達到導熱效果,在需要兼顧隔熱與散熱應用的高性能 LED 領域中或能發揮奇效。新論文發表在《應用化學》(Angewandte Chemie-International Edition)期刊。

(首圖來源:馬克思普朗克聚合物研究所

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